S系列ILS规范数据模型在民用飞机客户服务体系中的应用

冯蕴雯, 陈俊宇, 路成, 薛小锋

(西北工业大学 航空学院, 陕西 西安 710072)

民用飞机主制造商向用户提供的不仅是产品，更是对产品的客户服务。民用飞机客户服务是主制造商围绕产品满足市场和客户使用需求而进行的所有工作的集成，客户服务的有效提供可保障产品的使用要求、客户对产品的合理使用及客户自身的增值。民用飞机客户服务可分为业务层和数据层、业务层是贯穿于产品从构思到交付整个研制过程的全方位支援活动，包括零部件提供、维修、人员培训等；数据层是通过业务层的进行和交互产生的数字化信息，其核心是信息共享和产品数据的集成。

为了有效指导民用飞机客户服务体系业务数据模型的搭建，欧洲航空航天与防务工业协会(aerospace and defence industries association of europe,ASD)综合后勤保障规范委员会、美国航空工业学会(aerospace industries association,AIA)及美国航空运输协会(air transport association of america,ATA)联合开发了S系列规范，其中包括：S1000D《基于公共源数据库技术出版物国际规范》[1]、S2000M《军用设备综合数据处理物资管理国际规范》[2]、S3000L《后勤保障分析国际程序规范》[3]、S4000P《计划维修制定国际程序手册》[4]、S5000F《在役数据反馈国际规范》[5]、S6000T《培训国际程序规范》[6]。为了支撑S系列规范的实施、更新和维护，后续发布了SX系列规范，如SX000i《S系列综合后勤保障规范使用指南》[7]、SX001G《S系列综合保障标准的词汇表》[8]、SX002D《S系列综合保障标准的通用数据模型》[8]、SX004G《UML模型读者规范》[10]、SX005G《S系列综合保障标准的XML实现指南》[11]等。上述国际规范基于综合后勤保障完整涵盖了技术资料、供应管理、保障性分析、预防性维修、使用和维护反馈以及训练和数据交换等内容，实现了对客户服务的业务定义和数据模型建立的支持。为了指导产品全寿命周期内数据的表示和交换，国际标准化组织(international organization for standardization, ISO)发布了ISO 10303-239 PLCS对数据保障体系进行了说明。此外，波音、空客、庞巴迪等国外民用飞机制造商基于自主机型和自身服务特色结合S系列ILS规范等相关国际标准形成了客户关系管理体系，为客户的安全运营、可靠飞行提供保障，实现公司与客户的共赢关系。

国内民用飞机制造商对客户服务也进行了相关建设，如西安飞机有限责任公司遵循“客户服务至上”的原则，在飞机技术手册、运营维护等方面推出了较为完善的服务流程，其客户服务系统已基本成型[12]。中国商用飞机有限责任公司初步形成了较为完善的航材支援体系，可提供基本的航材支援服务，但在快响服务方面还未达到国际水平。由于我国还未形成完善的适用于民用飞机客户服务的标准体系、制造商客户服务标准储备不足、制造商对客户服务国际规范[13]、数据交互技术解读程度还不够深入，导致客户服务部门与客户的沟通不畅、反馈应答效率不够、客户服务尚未形成完善合理的体系，无法为全方位客户服务提供详尽的指导。

为了解决上述问题，基于S系列ILS规范和ISO 10303-239 PLCS，本文对其进行客户服务角度的解读并探寻国际规范间的关系，结合对民用飞机客户服务业务数据模型工具的说明，建立适用于国内的民用飞机客户服务体系，搭建基于S系列ILS规范的民用飞机客户服务业务数据模型，可为国内民用飞机客户服务的发展和实施提供可行的思路和参考。

1 民用飞机客户服务数据相关国际规范

1.1 S系列规范

ASD、AIA及ATA携手开发了S系列综合后勤保障规范，由S1000D、S2000M、S3000L、S4000P、S5000F和S6000T六大规范共同组成，其中涉及民用飞机全寿命周期内的技术出版物、物资管理、后勤保障分析、预防性维修、数据反馈、客户培训等多个客户服务板块。

为了在航空航天和国防工业中推广通用、交互的国际技术出版物数据，并最有效地利用现有资源，S1000D应运而生，规范可分为文件加工、信息生产与管理、信息集与技术出版物、信息的描述与使用、数据模块编码、术语等章节。此规范将最小数据单元定义为相互独立的数据模块，通过是否可由可扩展标记语言(extensible markup language,XML)的判据判断，将数据模块分为XML对象数据和非XML对象数据，将其储存在公共源数据库，并提供与产品属性相关的适用性机制来统一组织、管理数据模块。结合客户需求、适航规章、供应商需求、行业惯例等因素，制作来自制造商、供应商和监管机构的影响工作计划的技术出版物，用以作为后续规划信息集和业务规则的依据，并且业务规则又可用来约束和规范后续技术出版物的修订、编制、验证、发布和交付。

S2000M的发布实现了整个寿命周期内备件供应和维修业务要求与流程的规划和调整，对物资管理业务过程、产生的信息及信息交互方式、术语等方面进行标准化，涵盖支持军用产品和非军用产品的所有物料材料管理活动。该程序描述了行业和客户之间的接口，当基于合同协议时，将提供如图1所示的物流备件管理的典型交付成果。基于合同要求，通过供应规划产生供应数据，进行NATO编码，作为采购策划、订购计划、货品计价的物资供应业务的输入产生物资供应数据，数据在客户使用中进行反馈，并生成初始供应清单(initial provisioning lists,IPL)，观察IPL在客户与供应商之间的信息交换，促进IPL的更新。

图1 S2000M备件供应流程及成果

LSA保障支持分析是客户服务的最重要的过程之一，用以设计与可维护性、可靠性、可测试性的产品，并优化整个生命周期的成本，定义在役期间支持产品所需的所有资源。S3000L作为后勤保障分析的国际程序规范[14]，定义了在民用飞机生命周期内控制LSA性能以及数据交互的过程，使保障性要求成为产品的必要组成。此规范在ISO 10303-239 PLCS模型的基础上，结合客户、环境和使用要求，确定保障问题、费用需求、保障资源需求，形成后勤保障分析方案，方案包括供应保障、技术资料、保障设备、设施、维修计划、培训、信息技术保障。

S4000P作为装备交付阶段预防性维修计划的基础[15]，提供了通用的预防性维修方法，协助主制造商、原始设备制造商(original equipment manufacture,OEM)和相关的监管机构制定初步的预防性维修任务需求(preventive maintenance task requirement,PMTR)、维修任务间隔类型、间隔值以及维修计划(operator maintenance plan,OMP)，建立具有重复性和周期性间隔的预防性维修任务需求分析(PMTR with repetitive scheduled intervals,PMTRI)。当所制定的维修计划不适用于所分析的产品，可根据所分析的故障原因(failure cause,FC)和功能失效影响临界度(functional failure effect criticality,FFEC)对产品进行重新设计。此外，可根据产品在役期间的经验和数据积累通过在役维修优化(in-service maintenance optimization,ISMO)来修改既定的PMTR。

民用飞机客户服务中数据反馈是服务业务中最重要的功能之一，使主制造商、客户等利益攸关方能够对运营和维护进行全面分析。S5000F旨在通过结构化方式来处理涵盖综合产品支持(integrated product support,IPS)内所需反馈的信息，通过数据反馈活动来改进客户服务活动和产品设计，增强产品可用性、降低运营支持成本、优化运行效率。此规范规定了在役期间数据的使用和反馈流程，包括以可靠性、可用性、维修性和测试性为目的、供应保障、寿命周期成本、担保、产品健康与使用监测数据、报废等的数据反馈，并对全寿命周期内的数据反馈模型、数据交换、数据元素进行说明。

客户服务中有效的培训支持基于详细全面的分析和可靠的设计定义数据，因此，S6000T定义了执行培训需求分析的过程，以便提供相关且有效的产品培训。S6000T遵循教学系统设计(instructional systems design,ISD)流程，基于分析、设计、开发、实施和评估(analysis,design,development, implementation and evaluation,ADDIE)模型，确定必须培训的内容，制定学习目标(learning objectives,LO)，开发培训课程和教学系统，通过形成性评估和总结性评估的验证活动完成培训系统的部署，并使用在职培训优化(in-service training optimization,ISTO)为培训系统提供定期反馈。

SX000i作为S系列ILS规范的上级指导性文件，通过对S系列ILS规范目标的说明，提供了ILS流程和交互的框架，解释了S系列ILS规范与其他标准化领域的接口，如数据交换与集成、生命周期成本、备件配置管理等，从而为ILS使用者使用S系列规范和ILS规范的管理及未来的发展提供了参考。对于在ILS各个阶段过程中产生的多种概念，SX001G提供了一套统一的术语和定义，包括业务术语和数据项术语，以在S系列ILS规范中使用。

数据是信息的载体，是描述客户服务中发生的业务过程的客观事实的集合。如何描述数据使其可在客户服务中具有通用性，SX002D提供了所有S系列ILS规范的统一最终状态通用术语/模型。对于S系列ILS规范，SX002D通用数据模型(common data model,CDM)是2个或多个S系列ILS规范共有的所有数据元素的概念性描述。该规范协调在相应S系列ILS规范内执行的数据建模活动，并使用统一建模语言(unified modeling language,UML)将数据需求整合为一致的S系列数据模型。为了确保S系列ILS规范的使用者在UML的理解上保持一致，SX004G通过对UML的类模型、数据类型、属性等说明，对阅读和使用UML模型提供了清晰的指导。为了使数据在整个ILS活动内都具有通用性，除了对数据的描述进行定义，还需要对数据间管理和交换进行明确说明。因此，SX005G定义了使用S系列ILS规范时用于系统之间管理数据交换的规则，即XML Schema。

1.2 ISO 10303-239 PLCS

ISO为了对工业自动化产品的集成数据及数据间的交换进行描述，陆续推出了ISO 10303《产品数据的表达与交换》系列标准(standard for the exchange of product model mata,STEP)。随着产品发展速度的发展，产品的保障体系急需进行相应的提升和完善。因此，在20世纪末，ISO组织将ISO 10303-239 PLCS《产品寿命周期保障》纳入了ISO标准，此规范作为ISO 10303的应用协议，定义了产品寿命周期这一应用范围内的保障范围、信息需求、以及满足需求的资源。主要包括：产品及其维护的变更信息的确定，产品结构和组件、产品的实现、产品的计划活动和活动历史的数据描述。数据活动的描述和模型的建立以STEP中的ISO 10303-11 EXPRESS语言和XML 为依据。ISO 10303-239 PLCS通过对产品寿命周期的活动数据管理，实现信息数据的快速流通和交换，与产品保障系统之间形成相互反馈关系，对产品寿命周期保障进行设计和优化。

1.3 民用飞机客户服务业务数据国际规范间的关系

S1000D的产生是为了建立有关生产和分发技术文档和学习内容的国际规范。根据S1000D生产的技术出版物可以按页面定向或从相同的数据模块中分发交互式电子技术出版物(interactive electronic technical publications,IETP)。IETP的内容以小型可重复使用信息单元的形式被划分为数据模块，这些数据模块通过数据库中的唯一密钥，即数据模块代码(data module code,DMC)进行管理，并且可以直接访问。

备件供应生成的供应数据包含用于标识、描述和验证产品的购买、检查、包装、材料、服务的信息。S2000M生成了上述数据，并定义了该数据的结构。由于此结构与S1000D IPD数据模块相同，因此可以直接映射数据并将其作为图解零件目录(illustrated parts catalogues,IPC)发布，可作为维护人员识别维护程序中使用项目的参考。

由设计影响ILS元素生成的LSA数据库是制作与维护程序相关的技术出版物的唯一信息来源。LSA数据库包含配置数据，维修级别分析(level of repair analysis,LORA)和维护任务分析(maintenance task analysis,MTA)报告，供应商数据，维护概念和维护计划，故障诊断信息，设施和基础设施报告，预防性和纠正性维护任务等。来自S3000L LSA数据库中存储的这些数据元素可以直接转换为数据模块中包含的S1000D技术出版物数据元素，从而确保数据一致性并优化生命周期成本(life cycle costs,LCC)。

图2 S系列ILS规范与S1000D的业务关系接口

S1000D与S5000F的接口包含用于更新技术出版物的技术内容的反馈信息。

S3000L为S2000M提供了LSA数据库，该数据库作为备件的包装，装卸，储存和运输(packaging,handling,storage and transportation,PHS&T)要求、设施报告、人力和人员报告、MTA报告和保障理念的主要数据来源，S2000M也为S3000L提供了备件配置数据。S2000M通过反馈信息与S5000F进行对接，用于更新配置数据的技术内容，如MTBF等。S系列ILS规范与S2000M的业务流程接口如图3所示。

图3 S系列ILS规范与S2000M的业务关系接口

基于S3000L和S4000P，LSA数据库中记录和集成了执行技术或保障分析活动的流程，2个规范之间的紧密联系共同指导了每个产品的在役阶段、LSA、支持工程分析阶段3个阶段的预防性维修活动。如预防性维修分析(preventive maintenance analysis,PMA)的结果以PMTR的形式记录在LSA数据库中，S3000L根据PMTR的记录进行MTA，来制定预防性维修任务。由于只有对整个维修理念(预防性、非计划性、可操作性)的完整支持，才能确保实现优化和协调的产品保障，因此，非计划维修任务也需要在LSA中进行记录。S5000F提供了反馈服务的数据以及收集和修复信息的反馈方法，以支持和改善使用S3000L的产品保障。在S6000T中会生成培训需求分析(training need analysis,TNA)，此分析的一部分用来确定S3000L LSA过程中的设备和基础设施(facilities and infrastructure,F&I)分析的培训设备，确定后的数据将储存于LSA数据库中。

图4 S系列ILS规范与S3000L的业务关系接口

为了实现S4000P的预防性维修制定和持续改进目标，LSA数据库作为设计和开发保障资源需求的唯一信息源，必须涵盖产品的最新状态，即必须将产品的维护任务类型记录作为LSA候选对象。

图5 S系列ILS规范与S4000P的业务关系接口

S5000F是将信息在服务中的运营商/运营商和OEM或维护人员之间进行反馈[16]。在产品生命周期的运营阶段，S5000F为客户与不同ILS活动提供接口，以在统一的服务中心反馈数据。反馈数据将根据定义的时间表自动传输到在役数据库或从在役数据库反馈出去。

图6 S系列ILS规范与S5000F的业务关系接口

为了确保ILS的有效性，保证数据的流通和反馈，S系列ILS规范数据模型中使用的数据类型需要基于ISO 10303-239 PLCS的定义。将UML类模型转换为XML Schema进行业务对象模型之间的数据交换，进行ISO 10303-239 PLCS ed2或OASIS PLCS PSM的映射。

2 民用飞机客户服务业务数据模型工具

2.1 UML

UML是一种广泛使用的建模技术，不仅可以对应用程序结构，行为和体系结构进行建模，还可以对业务流程和数据结构进行建模。S系列ILS规范使用UML类模型，该模型定义了支持业务流程所需的信息(类，属性和关系)的静态视图。类图中的基本概念是一个称为“类”的框，封装了数据和行为。它是具有相同属性、操作、关系、功能的对象集合的总称。分类器给出类的名称以及其属性。一个类可以具有一个或多个属性，如≪key≫、≪characteristic≫等。每个属性都有其属性名称分类，数据类型，可见性和基数。当类定义的属性列表过于复杂时，需要使用标题为≪attribute Group≫的类矩形属性组。

类之间的相互关系通过关联进行说明，关联通常作为一个属性进行表示。在包含的类和表示该属性的类之间具有连接器。定向关联是关联中特殊的一种，2个类之间通过箭头进行关联，用于在2个类相关时只有引出箭头的类明确关联的关系。此外，类之间的单向关系通过泛化和聚合来表示。泛化表示了类与类之间是子类与父类的关系，子类引出实线连接器指向父类，即子类继承父类定义的所有属性和关系，并且子类可以替代父类。聚合定义了整体与部分的关系，即表示一个类是另一类的一部分。组合聚合是组合的另一种形式，其子类依赖于父类的生命周期。UML类模型的类关系具体分类如表1所示。

表1 UML类模型的关系汇总

为了定义类的功能，需要进行接口的设置。接口是对一组类的通用功能进行建模和表示不同类之间"或者"的选择关系的方式，任何实现接口的类都必须具有该接口定义的功能，包括：属性、关系和行为。

2.2 CDM

在S系列ILS规范中，采用UML类模型的功能单元(units of functionalities,UoF)组成了CDM,CDM是不属于S系列ILS规范中的任何特定一个规范的模型，其涵盖2个或多个S系列ILS规范共有的元素，每个规范仅使用CDM的一部分。

UoF定义了特定的客户服务数据元素，并分为描述特定功能组的通用UoF和专为涵盖特定用例而创建的UoF 2种类型，且两者间存在重叠关系。一个UoF还可以引用其他UoF中的数据元素，以将引用的数据带入更大的范围中。

使用UoF的提前是明确其基本数据类型，即原语(≪primitive≫类)和单个类的多种属性结合的复合属性(≪compoundAttribute≫类)。在ISO 10303-239 PLCS中对S系列UoF中的原语进行了定义，S系列原语表示基本数据类型，这些数据类型决定了数据模型中所具有的属性值的类型。此处的原语不同于其他数据模型中通常使用的单个属性的数据类型，如整数、实数和字符串。S系列原语可以对属性值进行扩展，以为每个属性值记录有价值的元数据。如随时间记录多个值，以不同的语言保留属性值等。

2.3 XML Schema

XML schema定义了使用S系列ILS规范的2个系统之间通过更新消息交换的数据，以支持ILS规范业务流程。SX005G定义了用于管理通过2个系统之间的更新消息交换的数据的规则。定义为XML文档的交换文件在S系列ILS规范中称为消息，消息对于接收系统有2种数据，分为新的数据和已接收数据的更新。数据的变更通过UML类业务对象的动作类或标识代码(action/crud)进行表示。缩写crud代码是关系数据库应用程序中需要考虑实现的所有主要功能。首字母缩写词中的每个字母都可以映射到标准结构化查询语言(structured query language,SQL)语句，如表2所示。需要注意的是接收系统负责处理发送系统创建的更新消息，如果接收数据系统的数据独立于发送系统数据更新过程进行更新，则发送系统创建的消息(数据值或元素操作代码)可能无效。

表2 UML类业务对象在XML Schema中的数据变更代码

3 民用飞机客户服务体系及业务数据模型搭建

3.1 民用飞机客户服务体系

民用飞机客户服务是产品研制、设计系统工程的重要部分，是先于产品交付所制定的全寿命周期保障系统。客户服务不仅可以保障产品正常使用状态、客户自身利益，还可以提高主制造商市场竞争力、扩大其市场份额。由于国内民用飞机客户服务长期处于“重产品而轻服务”的状态，没有系统地对在役飞机的ILS规范进行研究[13]，在规范应用过程中也存在不同业务活动关联性不强、接口关系不明确、缺乏统一的数据模型、难以进行数据交换等问题，阻碍了客户服务各业务环节的数据流通，极大降低了产品的使用品质和客户的自身利益。因此基于S系列ILS规范搭建合理的民用飞机客户服务体系对我国民用飞机市场的发展具有重要意义[18]。

民用飞机客户服务体系可分为3层：客户服务需求、客户服务指标和客户服务活动。

民用飞机客户服务的对象是客户，客户的需求就是客户服务的执行指南。因此，搭建民用飞机客户体系的关键在于明确客户的需求[19]。在客户购买飞机之前的飞机选型时，客户的需求就已经存在，即辅助选型。选定飞机机型之后，明确飞机的价格、物流、验收、支付方式后，向主制造商进行采购。飞机到库后，需要客户服务部门对飞机进行专业的组装、调试和试飞，并对客户进行使用培训和维修培训。在飞机的使用过程中，需要对飞机的运行数据进行收集、监控其运行状态，以提供高效的维护、维修和大修(maintenance,repair and overhaul,MRO)措施。当飞机长时间运行后，需要根据客户要求对飞机进行升级、改装、报废处理等售后服务。

客户需求和多客户的服务特征决定了客户服务体系的顶层指标，即：全面性、通用性、高效性[17]。全面性是指客户服务要包含产品从飞机选型开始到报废处理全寿命周期内的活动保障。客户服务不仅服务于产品的全周期，也服务于购买飞机的全部客户。因此，要确保客户服务具有通用性，可同时以通用方式处理多客户的需求。高效性是“急客户之急”，使客户通过快速的响应渠道及时提交服务需求[12]，客户服务部门快速生成解决方案，对客户需求进行分解和执行。

民用飞机客户服务涵盖准备、研发、制造、使用和处理整个寿命周期内的所有保障活动，其具体的客户服务如图7所示。

3.2 民用飞机客户服务业务数据模型

基于S系列ILS规范、ISO 10303-239 PLCS，面向民用飞机客户服务业务需求，使用UML语言建立UoF进行CDM的搭建。民用飞机客户服务业务数据模型建立的步骤是：明确客户服务的研究对象，获得所执行的活动、活动定义及其衡量指标，确定活动的作用、属性和关系，进行面向具体的业务场景建模。

以S5000F中CDM中的故障检测与定位业务为例，建立面向对象的民用飞机客户服务业务中的故障检测与定位UoF数据模型，并进行说明解释。

故障检测与定位业务需要提供指定检测设备或软件检测故障功能。通过选择检测方式，确定故障检测方式的能力以及检测机制，进而对故障进行检测。检测的对象是S5000F中CDM的另一UoF中的故障，需要检测的是此故障的故障模式，故障原因以及故障模式影响。在以上功能说明中，可以分析出表3所示的该UoF包括5个类、3个接口、2个关联及其功能说明，进而建立如图8所示的故障检测与定位UoF。

表3 故障检测与定位UoF的说明

图8 故障检测与定位UoF

4 结 论

1) S系列ILS规范和ISO 10303-239 PLCS规范通过数据协同实现了对客户的综合后勤保障，为业务与数据之间提供了可行的通路。本文通过对上述规范的解读，明确了后勤保障数据间的流通流程，梳理了上述国际规范间的关系，搭建了S系列ILS规范业务与业务、业务与数据、数据与数据的循环桥梁。

2) 对S系列ILS规范中所使用的业务模型语言、业务交换工具进行了详细的说明，用以支撑民用飞机客户服务业务数据模型。并从客户需求、顶层指标和业务活动3个层次形成了民用飞机客户服务体系，为现阶段客户服务提供了体系化的思想和业务指导。

3) 基于S系列ILS规范使用UML形成UoF组件面向业务的CDM，并以S5000F中CDM的故障检测与定位UoF为例，生成了民用飞机客户服务业务数据模型构建步骤，消除了业务与数据间的关联阻碍，形成了利益攸关方通用的交流方式，以提升和优化现有的民用飞机客户服务业务活动，增强客户服务水平，实现利益攸关方的共赢。